EP1008253B1 - Method for compensating bit duration changes in fibreoptic signal transmission systems and retimer for carrying out said method - Google Patents
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- EP1008253B1 EP1008253B1 EP98936346A EP98936346A EP1008253B1 EP 1008253 B1 EP1008253 B1 EP 1008253B1 EP 98936346 A EP98936346 A EP 98936346A EP 98936346 A EP98936346 A EP 98936346A EP 1008253 B1 EP1008253 B1 EP 1008253B1
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- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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- H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
- H04L25/20—Repeater circuits; Relay circuits
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- H04L25/20—Repeater circuits; Relay circuits
- H04L25/26—Circuits with optical sensing means, i.e. using opto-couplers for isolation
Definitions
- the invention is based on a method and a retimer for carrying out the method according to the preamble of claims 1 and 9, respectively.
- the electro / optical and opto / electrical converters E / O and O / E converters
- the electro / optical and opto / electrical converters also change when changing from light to dark or vice versa that can lead to the elimination of bits and thus to falsification of the message content.
- transmission lines of this type such.
- Optical fiber bus systems are therefore used in addition to amplifiers to compensate for level damping. Both measures are often carried out simultaneously in so-called repeaters.
- Known retimers have a quartz-controlled receiver for analyzing the digital input signal (usually by oversampling) and a likewise quartz-controlled transmitter which generates and transmits a new signal in which the bit duration corresponds to that of the original signal. Due to the practically unavoidable tolerances of the quartz, which determines the data rate of the original signal and the quartz or quartz in the retimer, there is a frequency difference between the time bases involved. To compensate for this difference, a memory (RAM) is provided between the two devices, which is traversed by the digital signal and has a storage time of at least one bit duration. In transmission systems with several such retimers - in a practical case, this can be the case.
- RAM memory
- these devices must have a certain data rate and telegram type (e.g. PROFIBUS telegrams with a data rate of 12 Mbd) specially set are and are therefore complex and expensive.
- PROFIBUS telegrams with a data rate of 12 Mbd e.g. PROFIBUS telegrams with a data rate of 12 Mbd
- a retimer according to the preamble of claim 1 is from DE 38 16 973 A1 known.
- a duty cycle detector circuit Determines input signal and generates the control signal. I'm trained as an AND circuit Actuator control and input signal are added and the unwanted Pulse width deviation compensated.
- the actuator has a longitudinal capacity and the duty cycle detector circuit has two low passes, so that this known retimers only for DC-free digital signals, but not for Restoration of digital signals with a DC component such as the common one PROFIBUS signals used is suitable and thus the described signal correction only possible in a limited area of application.
- the invention is therefore based on the object of a method and a retimer Implementation of this procedure to create the simplest possible and the bit duration of the two logical states of the output signal in an economical manner are the same size without significant loss of time in the retimer and no adjustment of the Retimers to a certain data rate and / or telegram type is required, and which is particularly suitable for the temporal restoration of any coded digital signals are.
- the transmitted digital signal is examined for specified high and low bit sequences - because of the least effort, the cheapest for individual high and low states - whose respective duration, for example in the form of voltage values proportional thereto, is determined and in one subsequent control circuit compared. This comparison is only possible if the bits or bit sequences transmitted in succession in the digital signal are available at the same time; they are therefore kept in temporary storage.
- the control circuit generates a control signal controlling the edge trimmer on the basis of the two input voltages.
- the bit duration detection circuits can alternatively be either the output or the Input signal of the actuator are supplied.
- a compensation device of the retimer from a closed control loop ("feedback regulation") in the second alternative from a so-called feed-forward regulation without Feedback.
- the duration of the two individual bits or bit sequences to be compared is the same.
- the size of the control voltage has a value at which the actuator does not make any signal corrections.
- the control signal has a voltage value at which the actuator is currently compensating the time storage, so that the duration of the bits or bit sequences of the two logical states is the same as for the original signal.
- the method according to the invention is also suitable for the compensation of bit-length deviations of arbitrarily coded digital signals and is therefore accessible to a much larger area of application.
- the method according to claim 4 is that the starting times for the Rise and fall of the bit sequences in the output signal determined by the times on which the edges of the bit sequences of the input signal a certain Level, hereinafter called the decision value.
- the Edge trimmer in an advantageous embodiment of the retimer specified in claim 9, the Edge trimmer according to claim 10, a comparator whose first input via a delay element with the output of the O / E converter and its second Input is connected to the output of the control circuit.
- the delay element at the entrance of the flank trimmer which with a particularly simple training only consists in an RC element (claim 11), causes the already described Increasing the rise and fall duration of the bit or bit sequence edges.
- the comparator now takes place - in one of the ways specified in claims 6 to 8 an opposing shift in the start time of the two edges of the individual bits or the bit sequence of the input signal, by the duration of that of the original signal equalize.
- the control signal can change the level of the decision value lift, with the opposite course of the flanks of the temporal distance of the edge points corresponding to this level and thus the distance the start times for the edges of the bits or the bit sequences of the output signal be reduced so that their duration corresponds to the setpoint.
- a digital version according to claim 12 has not only that already mentioned Advantage of an inexpensive integration with large quantities. but also the one that the entire edge trimmer is made up exclusively of delay elements can be and no comparator is required.
- delay circuits as well as that at the input of the bit duration detection circuits required RC links with adjustable according to claim 13 Time constant advantageously allows adaptation to different ones Data rates of various digital signals (e.g. 1.5 or 12 Mbit / s at PROFIBUS signals) and thus significantly extends the area of application of the retimer.
- bit duration detection circuits are particularly simple and inexpensive to carry out. For example, with no DC voltage coded digital signals as in the so-called Manchester code both bit duration detection circuits through a single RC link with a correspondingly long length Time constant can be realized.
- the time course is horizontal Direction and the level curve in the vertical direction.
- the retimer 1 consists of an O / E converter 2 supplying a digital electrical input signal E, an output-side E / O converter 4 connected to it via a signal branch 3, and one that is switched into the signal branch 3 between the two converters 2, 4 and corrects this Edge trimmer 5 generating digital output signal A, one bit duration detection circuit 6, 7 driven by output signal A for the two logic states, one capacitor 8, 9, which is connected between the outputs of bit duration detection circuits 6, 7 and ground, and serves as a buffer, and a differential amplifier 10, the latter both inputs are also connected to the outputs of the bit duration detection circuits 6, 7 and the output signal thereof controls the edge trimmer 5 as a control signal.
- the latter consists of an RC delay element 11 on the input side and a comparator 12.
- FIG. 1 only one of the two is identical for the sake of a clearer representation constructed bit duration detection circuits 6 shown with circuit components. It has a first switch S 1 on the input side, at one connection thereof a voltage U is present and its second connection on the one hand via an RC element R1, C1 with ground and on the other hand via a buffer amplifier P1 with the first Connection of a second switch S2 is connected. Its second connection is grounded through another capacitor C2 and is at the same time as the first Connection of a third switch connected, the second connection on the one hand to first input of a comparator K and the other via a further buffer amplifier P2 leads to the first connection of a fourth switch S4 which is connected to the output signal of the comparator K is controlled.
- the switches S1 to S3 are mutually from the output signal or - via an inverter 13 - from the inverted output signal controlled.
- the second connection of the fourth switch S4 and the second The input of the comparator K form the output of the bit duration detection circuit 6.
- Bit duration detection circuits 6, 7, buffers 8, 9, differential amplifier 10 and edge trimmer 5 form a closed control loop (feedback control) to correct falsified time periods of the bits or bit sequences of the digital input signal E.
- all high and low bits have the same duration t 1 .
- the edge trimmer 5 now delays the transitions from using the control circuit Low to high, based on the transitions from high to low, also by the Time period ⁇ t, so that the corrected output signal A again the original signal O equivalent. This is accomplished in the following ways:
- the output signal A which corresponds to the falsified input signal E before the onset of control is branched off from the signal branch 3 and fed to the two bit duration detection circuits 6, 7.
- the switch S1 is closed, the capacitor C1 is charged to the voltage U.
- C1 discharges via R1. Its voltage value is transferred to the capacitor C2 via the buffer amplifier P1 and the switch S2 which is closed during this period.
- switch S2 opens and switch S1 closes.
- the capacitor C1 now resumes its starting voltage U, and the discharge voltage of the capacitor C1 which has been reached remains temporarily stored on the capacitor C2.
- the bit duration detection circuit now looks for the shortest, that is to say 1-bit long, low state in the signal, which corresponds to the highest voltage occurring at capacitor C2.
- the comparator K compares the voltage currently stored in the capacitor C2 with the voltage stored in the actual value memory 8. If the currently detected voltage on capacitor C2 is higher than the voltage stored in the actual value memory, then comparator K closes switch S4 and the voltage on capacitor C2 is transferred to actual value memory 8, which is designed as a capacitor.
- the differential amplifier 10 now generates high and low bit durations a control signal fed to one input of the comparator 12 of the edge trimmer 5, whose DC voltage level as the decision value EW together with the start times for the transitions from low to high in the course of the bit edges and determine from high to low, as shown in FIGS. 2b and 2c.
- the rise and fall times of the bit edges of the input signal E are essential shorter than the bit duration and therefore too short for an effective and safe correction of the type mentioned, d. H. enable sufficiently large changes in the time periods.
- the edge trimmer 5 therefore has a delay element at its input 11, which makes these flanks correspondingly flatter. That changed here Input signal shown in simplified trapezoidal designation is denoted by V.
- the comparator 12 of the edge trimmer 5 outputs a high or low at its output at the time of passage of the rising or falling edge through the decision value EW, which results in the output signal A.
- the edges of the signal V are fixed and the decision value EW is set by the level of the control signal so that the time duration of the individual bits becomes the same and thus the output signal A supplied to the E / O converter 4 corresponds to the original signal O.
- the regulation mentioned is particularly effective because, due to the opposite slope of the signal V, large changes in the duration of the bits can be achieved even with small changes in level.
- the bit edges are symmetrical, ie the amount of the slopes is the same in each case.
- the edges remain unchanged and the decision value EW is set by the control signal above the average bit level to such an extent that the temporal edge spacing at this level corresponds exactly to the target bit duration t 1 (see claim 6).
- the decision value is EW is set at half the bit level and the desired edge distance at this decision value EW is here by means of the control signal set increase in the slope of the falling bit edge achieved.
- the two bit edges are therefore asymmetrical (see claim 7).
Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren sowie einem Retimer zur Durchführung
des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 9.
Bei faseroptischen Übertragungssystemen für digitale Signale treten neben einer
dämpfungsbedingten Pegelreduzierung als Folge unterschiedlicher Schaltzeiten der
elektro/optischen und opto/elektrischen Wandler (E/O- und O/E-Wandler) beim Umschalten
von Hell nach Dunkel bzw. umgekehrt auch Änderungen der Bitdauer auf,
die zum Wegfall von Bits und damit zur Verfälschung des Nachrichteninhalts führen
können.
In bekannten Übertragungsstrecken dieser Art wie z. B. Lichtwellenleiter-Bussystemen
werden daher außer Verstärkern zum Ausgleichen der Pegeldämpfüng auch sog.
Retimer zur Kompensation der genannten Bitdauerverzerrungen eingesetzt. Häufig
werden beide Maßnahmen zugleich in sog. Repeatern vorgenommen.The invention is based on a method and a retimer for carrying out the method according to the preamble of
In fiber-optic transmission systems for digital signals, in addition to attenuation-related level reduction as a result of different switching times, the electro / optical and opto / electrical converters (E / O and O / E converters) also change when changing from light to dark or vice versa that can lead to the elimination of bits and thus to falsification of the message content.
In known transmission lines of this type such. B. Optical fiber bus systems are therefore used in addition to amplifiers to compensate for level damping. Both measures are often carried out simultaneously in so-called repeaters.
Bekannte Retimer weisen einen quarzgesteuerten Empfänger zur Analyse des digitalen
Eingangssignals (zumeist durch Überabtastung) und einen ebenfalls quarzgesteuerten
Sender auf, der ein neues Signal generiert und weitersendet, bei dem die Bitdauer
derjenigen des Originalsignals entspricht.
Aufgrund der praktisch unvermeidbaren Toleranzen des Quarzes, der die Datenrate
des Originalsignals bestimmt und der Quarze bzw. des Quarzes im Retimer besteht ein
Frequenzunterschied zwischen den beteiligten Zeitbasen. Zum Ausgleich dieses Unterschieds
ist zwischen den beiden Geräten ein Speicher (RAM) vorgesehen, der vom
Digitalsignal durchlaufen wird und eine Speicherzeit von mindestens einer Bitdauer
aufweist. Bei Übertragungssystemen mit mehreren solchen Retimern - im praktischen
Fall können das z. B. zwanzig sein - addieren sich deren Speicherzeiten und verzögern
die Digitalsignale so stark, daß, wenn untragbare Signalverfälschungen vermieden
werden sollen, lediglich verhältnismäßig geringe Baudraten übertragen werden können.
Diese Retimer sind somit nicht für schnelle Signalübertragungssysteme geeignet,
wie sie weltweit in immer stärkerem Maße angestrebt werden (Time-out-Problem).Known retimers have a quartz-controlled receiver for analyzing the digital input signal (usually by oversampling) and a likewise quartz-controlled transmitter which generates and transmits a new signal in which the bit duration corresponds to that of the original signal.
Due to the practically unavoidable tolerances of the quartz, which determines the data rate of the original signal and the quartz or quartz in the retimer, there is a frequency difference between the time bases involved. To compensate for this difference, a memory (RAM) is provided between the two devices, which is traversed by the digital signal and has a storage time of at least one bit duration. In transmission systems with several such retimers - in a practical case, this can be the case. B. be twenty - add up their storage times and delay the digital signals so much that, if intolerable signal falsifications are to be avoided, only relatively low baud rates can be transmitted. These retimers are therefore not suitable for fast signal transmission systems of the kind that are increasingly being sought worldwide (time-out problem).
Darüber hinaus müssen diese Geräte auf eine bestimmte Datenrate und Telegrammart (z. B. PROFIBUS-Telegramme mit einer Datenrate von 12 Mbd) besonders eingestellt werden und sind daher aufwendig und teuer.In addition, these devices must have a certain data rate and telegram type (e.g. PROFIBUS telegrams with a data rate of 12 Mbd) specially set are and are therefore complex and expensive.
Ein Retimer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 38 16 973 A1
bekannt. Bei diesen Geräten zur Korrektur von Abweichungen der Impulsbreiten vom
Sollwert wird mittels einer Tastverhältnis-Detektorschaltung das Tastverhältnis des
Eingangssignals bestimmt und das Regelsignal erzeugt. Im als Und-Schaltung ausgebildeten
Stellglied werden Regel- und Eingangssignal addiert und dabei die unerwünschte
Impulsbreitenabweichung kompensiert. Das Stellglied weist eine Längskapazität
und die Tastverhältnis-Detektorschaltung zwei Tiefpässe auf, so dass dieser
bekannte Retimer lediglich für gleichspannungsfreie Digitalsignale, nicht aber für die
Restaurierung von Digitalsignalen mit Gleichspannungsanteil wie etwa den verbreitet
verwendeten PROFIBUS-Signalen geeignet ist und damit die beschriebene Signalkorrektur
nur in einem eingeschränkten Einsatzbereich ermöglicht.A retimer according to the preamble of
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Retimer zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, bei denen auf möglichst einfache und kostengünstige Weise die Bitdauer der beiden logischen Zustände des Ausgangssignals ohne nennenswerten Zeitverlust im Retimer gleich groß sind und keine Einstellung des Retimers auf eine bestimmte Datenrate und/oder Telegrammart erforderlich ist, und die insbesondere für die zeitliche Restaurierung beliebig codierter Digitalsignale geeignet sind.The invention is therefore based on the object of a method and a retimer Implementation of this procedure to create the simplest possible and the bit duration of the two logical states of the output signal in an economical manner are the same size without significant loss of time in the retimer and no adjustment of the Retimers to a certain data rate and / or telegram type is required, and which is particularly suitable for the temporal restoration of any coded digital signals are.
Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 9
gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Retimer wird das übertragene Digitalsignal auf festgelegte
High- und Low-Bitfolgen - wegen des geringsten Aufwands am günstigsten auf
einzelne High- und Low-Zustände - untersucht, deren jeweilige Zeitdauer, beispielsweise
in Form von hierzu proportionalen Spannungswerten, bestimmt und in einer
nachfolgenden Regelschaltung miteinander verglichen. Dieser Vergleich ist nur
möglich, wenn die im Digitalsignal nacheinander übertragenen Bits bzw. Bitfolgen
gleichzeitig zur Verfügung stehen; sie werden daher in Zwischenspeichern bereitgehalten.
Die Regelschaltung erzeugt auf der Basis der beiden Eingangsspannungen
ein den Flankentrimmer steuerndes Regelsignal.This object is achieved by the characterizing features of
In the retimer according to the invention, the transmitted digital signal is examined for specified high and low bit sequences - because of the least effort, the cheapest for individual high and low states - whose respective duration, for example in the form of voltage values proportional thereto, is determined and in one subsequent control circuit compared. This comparison is only possible if the bits or bit sequences transmitted in succession in the digital signal are available at the same time; they are therefore kept in temporary storage. The control circuit generates a control signal controlling the edge trimmer on the basis of the two input voltages.
Den Bitdauererfassungsschaltungen kann alternativ entweder das Ausgangs- oder das Eingangssignal des Stellglieds zugeführt werden. Im ersten Fall besteht die Kompensationseinrichtung des Retimers aus einer geschlossenen Regelschleife ("Feed-back-Regelung") bei der zweiten Alternative aus einer sog. Feed-forward-Regelung ohne Rückmeldung. The bit duration detection circuits can alternatively be either the output or the Input signal of the actuator are supplied. In the first case there is a compensation device of the retimer from a closed control loop ("feedback regulation") in the second alternative from a so-called feed-forward regulation without Feedback.
Bei hinsichtlich der Bitdauern unverfälschtem, also dem Originalsignal entsprechendem
Eingangssignal ist die Zeitdauer der beiden zu vergleichenden einzelnen Bits
oder Bitfolgen gleich groß. Die Größe der Regelspannung hat dabei einen Wert, bei
dem das Stellglied keine Signalkorrekturen bewirkt.
Bei zeitverzerrtem digitalen Eingangssignal mit z. B. verlängerter Zeitdauer der
High-Bits bzw. -Bitfolgen und entsprechend verkürzter Zeitdauer der Low-Bits bzw.
-Bitfolgen weist dagegen das Regelsignal einen Spannungswert auf, bei dem das
Stellglied die Zeitablage gerade kompensiert, so daß die Zeitdauer der Bits bzw. Bitfolgen
der beiden logischen Zustände wie beim Originalsignal gleich groß ist.In the case of an input signal which is unadulterated with regard to the bit durations, that is to say corresponding to the original signal, the duration of the two individual bits or bit sequences to be compared is the same. The size of the control voltage has a value at which the actuator does not make any signal corrections.
With time-distorted digital input signal with z. B. prolonged duration of the high bits or bit sequences and correspondingly shortened duration of the low bits or bit sequences, on the other hand, the control signal has a voltage value at which the actuator is currently compensating the time storage, so that the duration of the bits or bit sequences of the two logical states is the same as for the original signal.
Im Gegensatz zum Stand der Technik erfolgt bei dem nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren arbeitenden Retimer keine Zwischenspeicherung von Signalbits im Signalzweig
mit der damit verbundenen erheblichen Zeitverzögerung. Zwar bedingt
auch das Stellglied eine bestimmte Durchlaufzeit, die jedoch sehr viel geringer ist als
die genannte Verzögerung.
Damit erfährt das Digitalsignal beim Durchlauf durch den Retimer gemäß der Erfindung
praktisch ohne Mehraufwand einen wesentlich geringeren Zeitverlust, so daß
auch ein ausgedehntes faseroptisches Übertragungssystem mit einer großen Anzahl
solcher Retimer eine schnelle Signalübertragung gewährleistet.
Darüber hinaus ist, da nur die Übergänge der logischen Zustände korrigiert werden,
keine Kenntnis und damit auch keine Einstellung der Abstände zwischen diesen
Übergängen, also der Datenrate, erforderlich. Auch die bei dem bekannten Retimer
nötige Einstellung eines bestimmten Signaltelegramms ist bei dem erfindungsgemäßen
Korrekturverfahren irrelevant, wodurch in vorteilhalfter Weise der Aufwand insgesamt
weiter reduziert ist.
Schließlich ist das erfindungsgemäße Verfahren im Gegensatz zu dem aus der
DE 38 16 973 A1 bekannten Retimer auch für die Kompensation von Bitdauerabweichungen
beliebig codierter Digitalsignale geeignet und damit einem wesentlich größeren
Einsatzbereich zugänglich.In contrast to the prior art, in the retimer operating according to the method according to the invention, signal bits are not temporarily stored in the signal branch with the associated considerable time delay. The actuator also requires a certain throughput time, which is, however, much less than the delay mentioned.
As a result, the digital signal experiences a substantially smaller loss of time when passing through the retimer according to the invention, with practically no additional effort, so that even an extensive fiber-optic transmission system with a large number of such retimers ensures rapid signal transmission.
In addition, since only the transitions of the logic states are corrected, no knowledge and therefore no adjustment of the distances between these transitions, that is to say the data rate, is required. The setting of a specific signal telegram necessary in the known retimer is also irrelevant in the correction method according to the invention, as a result of which the overall effort is advantageously further reduced.
Finally, in contrast to the retimer known from DE 38 16 973 A1, the method according to the invention is also suitable for the compensation of bit-length deviations of arbitrarily coded digital signals and is therefore accessible to a much larger area of application.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Alternativen und Weiterbildungen des Verfahrens
gemäß Patentanspruch 1 sowie Ausgestaltungen bzw. Ausführungen des Retimers
gemäß Patentanspruch 9 angegeben.
So ist ein Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Verfahrensschritte durch analoge
Schaltungen realisiert sind, in wirtschaftlicher Hinsicht besonders für kleinere und
mittlere Stückzahlen geeignet. Advantageous alternatives and further developments of the method according to
Thus, a method according to
Bei großen Stückzahlen ist es dagegen günstiger, entsprechend Anspruch 3 für die
Verfahrensschritte Digitalschaltungen zu wählen, weil diese in der Massenproduktion
äußerst kostengünstig als integrierte Schaltungen herstellbar sind. Da diese IC-Bausteine
im Vergleich zu Schaltungen mit diskreten Bauelementen außerdem sehr
klein sind, können damit auch Retimer mit geringen Abmessungen und entsprechend
breitem Anwendungsbereich aufgebaut werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, nur einzelne Verfahrensschritte zeitdiskret
durchzuführen und mittels integrierter Schaltungsbausteine zu realisieren. In den meisten
Fällen wird es jedoch aus wirtschaftlichen Gründen zweckmäßig sein, sämtliche
relevanten Verfahrensschritte in einem einzigen IC-Baustein durchzuführen.
Häufig sind in Signalübertragungssystemen bereits Prozessoren vorhanden, die für
Retimerfunktionen mitbenutzt werden können, um damit die Kosten weiter zu senken.In the case of large quantities, on the other hand, it is cheaper to choose digital circuits for the method steps, because these can be mass-produced extremely cost-effectively as integrated circuits. Since these IC components are also very small in comparison to circuits with discrete components, retimers with small dimensions and a correspondingly wide range of applications can also be constructed.
Of course, it is also possible to carry out only individual process steps in a time-discrete manner and to implement them by means of integrated circuit modules. In most cases, however, it will be expedient for economic reasons to carry out all relevant process steps in a single IC module.
Processors are often already present in signal transmission systems and can be used for retimer functions in order to further reduce costs.
Eine unkomplizierte, sicher und exakt funktionierende Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht nach Anspruch 4 darin, daß die Startzeitpunkte für den
Anstieg und Abfall der Bitfolgen im Ausgangssignal durch die Zeitpunkte bestimmt
werden, an denen die Flanken der Bitfolgen des Eingangssignals einen bestimmten
Pegel, nachfolgend Entscheidungswert genannt, aufweisen.An uncomplicated, safe and exactly functioning version of the invention
The method according to
Für die praktische Realisierung dieses Verfahrens stehen mehrere in den Ansprüchen 6
bis 8 angeführte alternative Möglichkeiten zur Verfügung. Besonders genau und mit
geringen Toleranzen funktionieren diese Verfahren, wenn die Einstellung nicht an den
normalerweise sehr steilen Bitflanken vorzunehmen ist, sondern an Flanken mit geringerer
Steigung. Es ist deshalb besonders vorteilhaft, die Anstiegs- und Abfallzeit der
Bitfolgeflanken des Eingangssignals gemäß Patentanspruch 5 mittels eines Verzögerungsgliedes
zu vergrößern.There are
Bei allen drei Methoden zur Bestimmung der Startzeitpunkte für den Anstieg bzw. den Abfall der Bits bzw. Bitfolgen, also für die Wechsel von Low nach High und umgekehrt, kann im übrigen sowohl der Entscheidungswert als auch die Flankensteilheit für die beiden Flanken gleich oder verschieden groß sein, so daß insgesamt eine Vielzahl von Einstellmöglichkeiten gegeben ist, mit der eine optimale Anpassung an die Bedingungen aller praktischen Einzelfälle erzielt werden kann. With all three methods for determining the starting times for the increase or the drop in the bits or bit sequences, i.e. for the change from low to high and vice versa, can both the decision value and the slope be of the same or different sizes for the two flanks, so that a total of a large number of setting options is given with which an optimal adaptation to the Conditions of all practical individual cases can be achieved.
Bei einer vorteilhaften Ausführung des in Anspruch 9 angegebenen Retimers weist der
Flankentrimmer gemäß Anspruch 10 einen Komparator auf, dessen erster Eingang
über ein Verzögerungsglied mit dem Ausgang des O/E-Wandlers und dessen zweiter
Eingang mit dem Ausgang der Regelschaltung verbunden ist. Das Verzögerungsglied
am Eingang des Flankentrimmers, das bei einer besonders einfachen Ausbildung lediglich
in einem RC-Glied besteht (Patentanspruch 11), bewirkt die bereits beschriebene
Vergrößerung der Anstiegs- und Abfallzeitdauer der Bit- bzw. Bitfolgeflanken.
Im Komparator erfolgt nun - auf eine der in den Ansprüchen 6 bis 8 angegebenen Arten
- eine gegenläufige Verschiebung des Startzeitpunkts der beiden Flanken der Einzelbits
bzw. der Bitfolge des Eingangssignals, um deren Dauer derjenigen des Originalsignals
anzugleichen. Wenn also beispielsweise die High-Bits bzw. -Bitfolgen des
Eingangssignals gegenüber der Solldauer zeitlich verlängert und die Low-Bits bzw. -
Bitfolgen entsprechend verkürzt sind, so kann das Regelsignal den Pegel des Entscheidungswerts
anheben, wobei durch den gegenläufigen Verlauf der Flanken der
zeitliche Abstand der diesem Pegel entsprechenden Flankenpunkte und damit der Abstand
der Startzeitpunkte für die Flanken der Bits bzw. der Bitfolgen des Ausganssignals
so verringert werden, daß deren Zeitdauer dem Sollwert entspricht. Durch
diese Korrektur ist dann auch die Zeitdauer gleicher Bits bzw. Bitfolgen beider logischer
Zustände wieder gleich.In an advantageous embodiment of the retimer specified in
Eine digitale Ausführung gemäß Anspruch 12 hat nicht nur den bereits angeführten
Vorteil einer bei großen Stückzahl kostengünstigen Integration. sondern auch den,
daß der gesamte Flankentrimmer ausschließlich aus Verzögerungsgliedern aufgebaut
sein kann und kein Komparator erforderlich ist.A digital version according to
Die Verwendung von Verzögerungsschaltungen sowie des am Eingang der Bitdauererfassungsschaltungen erforderlichen RC-Glieds mit gemäß Anspruch 13 einstellbarer Zeitkonstante ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Anpassung an unterschiedliche Datenraten verschiedener Digitalsignale (z. B. 1,5 oder 12 MBit/s bei PROFIBUS-Signalen) und erweitert damit das Anwendungsgebiet des Retimers wesentlich. The use of delay circuits as well as that at the input of the bit duration detection circuits required RC links with adjustable according to claim 13 Time constant advantageously allows adaptation to different ones Data rates of various digital signals (e.g. 1.5 or 12 Mbit / s at PROFIBUS signals) and thus significantly extends the area of application of the retimer.
Besonders einfache und kostengünstige Ausbildungen der Istwertspeicher und der
Regelschaltung bei analogem Verfahren sind in den Ansprüchen 14 und 15 angegeben.
Wie bereits ausgeführt sind aber bei hohen Stückzahlen diese Funktionen noch billiger
durch integrierte Schaltungen zu realisieren.
Dies gilt selbstverständlich auch für die Bitdauererfassungsschaltungen, wobei die
Ermittlung der Zeitdauer der Bits bzw. Bitfolgen z. B. durch digitale Zähler erfolgt,
deren Taktfrequenz größer ist als die Datenrate der Bits bzw. Bitfolgen.Particularly simple and inexpensive designs of the actual value memory and the control circuit in the case of an analog method are given in claims 14 and 15. As already stated, however, these functions can be implemented even more cheaply by integrated circuits in large quantities.
Of course, this also applies to the bit duration detection circuits, the determination of the duration of the bits or bit sequences, for. B. done by digital counters, whose clock frequency is greater than the data rate of the bits or bit sequences.
Wenn die Codierung des Digitalsignals bekannt ist, sind die Bitdauererfassungsschaltungen besonders einfach und kostengünstig ausführbar. So können etwa bei gleichspannungsfrei codierten Digitalsignalen wie beim sog. Manchestercode beide Bitdauererfassungsschaltungen durch ein einziges RC-Glied mit entsprechend langer Zeitkonstante realisiert werden.If the encoding of the digital signal is known, the bit duration detection circuits are particularly simple and inexpensive to carry out. For example, with no DC voltage coded digital signals as in the so-called Manchester code both bit duration detection circuits through a single RC link with a correspondingly long length Time constant can be realized.
Die Erfindung ist nachstehend noch anhand eines Ausführungsbeispiels in den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 -
- ein Prinzipschaltbild eines analog arbeitenden, in einem faseroptischen Bussystem eingeschalteten Retimers.
- Fig. 2a -
- den Signalverlauf eines unverfälschten (Original-) Digitalsignals
- Fig. 2b -
- jeweils den Signalverlauf
- eines verfälschten Eingangssignals mit verlängerten High-Bit,
- des gleichen Signals mit symmetrisch zeitverzögerten Flanken,
- des korrigierten Ausgangssignals und
- Fig. 2c -
- die Signalverläufe wie in Fig. 2b. jedoch mit unsymmetrisch zeitverzögerten Flanken des verfälschten Eingangssignals.
- Fig. 1 -
- a schematic diagram of an analog working retimer switched on in a fiber optic bus system.
- Fig. 2a -
- the waveform of an unadulterated (original) digital signal
- Fig. 2b -
- each the signal curve
- a corrupted input signal with extended high bit,
- the same signal with symmetrically delayed edges,
- the corrected output signal and
- 2c -
- the waveforms as in Fig. 2b. however, with asymmetrically delayed edges of the corrupted input signal.
Bei allen Signaldarstellungen in den Fig. 2a bis 2c ist der zeitliche Verlauf in horizontaler Richtung und der Pegelverlauf in vertikaler Richtung angegeben. 2a to 2c, the time course is horizontal Direction and the level curve in the vertical direction.
Der Retimer 1 besteht aus einem ein digitales elektrisches Eingangssignal E liefernden
O/E-Wandler 2, einem damit über einen Signalzweig 3 verbundenen ausgangsseitigen
E/O-Wandler 4, einem zwischen den beiden Wandlern 2, 4 in den Signalzweig 3 eingeschalteten,
das korrigierte digitale Ausgangssignal A erzeugenden Flankentrimmer
5, je eine vom Ausgangssignal A angesteuerte Bitdauererfassungsschaltung 6, 7
für die beiden logischen Zustände, je einem zwischen den Ausgängen der Bitdauererfassungsschaltungen
6, 7 und Masse eingeschalteten, als Zwischenspeicher dienenden
Kondensator 8, 9 sowie einem Differenzverstärker 10, dessen beide Eingänge ebenfalls
mit den Ausgängen der Bitdauererfassungsschaltungen 6, 7 verbunden sind und
dessen Ausgangssignal als Regelsignal den Flankentrimmer 5 ansteuert.
Letzterer besteht aus einem eingangsseitigen RC-Verzögerungsglied 11 sowie einem
Komparator 12.The
The latter consists of an
In Fig. 1 ist aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung nur eine der beiden identisch
aufgebauten Bitdauererfassungsschaltungen 6 mit Schaltungsbauelementen dargestellt.
Sie weist eingangsseitig einen ersten Schalter S 1 auf, an dessen einem Anschluß
eine Spannung U anliegt und dessen zweiter Anschluß einerseits über ein RC-Glied
R1, C1 mit Masse und andererseits über einen Pufferverstärker P1 mit dem ersten
Anschluß eines zweiten Schalters S2 verbunden ist. Dessen zweiter Anschluß
liegt über einem weiteren Kondensator C2 an Masse und ist zugleich mit dem ersten
Anschluß eines dritten Schalters verbunden, dessen zweiter Anschluß einerseits zum
ersten Eingang eines Komparators K und zum anderen über einen weiteren Pufferverstärker
P2 zum ersten Anschluß eines vierten Schalters S4 führt, der vom Ausgangssignal
des Komparators K gesteuert wird. Die Schalter S1 bis S3 werden wechselseitig
vom Ausgangssignal bzw. - über einen Inverter 13 - vom invertierten Ausgangssignal
gesteuert. Der zweite Anschluß des vierten Schalters S4 und der zweite
Eingang des Komparators K bilden den Ausgang der Bitdauererfassungsschaltung 6.In FIG. 1, only one of the two is identical for the sake of a clearer representation
constructed bit
Bitdauererfassungsschaltungen 6, 7, Zwischenspeicher 8, 9, Differenzverstärker 10
und Flankentrimmer 5 bilden eine geschlossene Regelschleife (Feed-back-Regelung)
zur Korrektur verfälschter Zeitdauern der Bits bzw. Bitfolgen des digitalen Eingangssignals
E. Bit
Im Originalsignal O haben alle High- und Low-Bits die gleiche Dauer t1.
Im Eingangssignal E sind beim vorliegenden Beispiel gegenüber dem Originalsignal O
alle Übergänge vom High nach Low - verglichen mit den Übergängen von Low nach
High - um die Zeitdauer Δt verspätet und dementsprechend ist die Dauer t2 aller einzelnen
High-Bits um Δt (t2= t1 + Δt) zu lang und die Dauer t3 aller einzelnen Low-Bits
um die gleiche Zeitdauer (t3 = t1 - Δt) zu kurz.In the original signal O, all high and low bits have the same duration t 1 .
In the input signal E, in the present example, compared to the original signal O, all transitions from high to low - compared to the transitions from low to high - are delayed by the time period Δt and, accordingly, the duration t 2 of all individual high bits is delayed by Δt (t 2 = t 1 + Δt) is too long and the duration t 3 of all individual low bits is too short by the same amount of time (t 3 = t 1 - Δt).
Der Flankentrimmer 5 verzögert nun mit Hilfe der Regelschaltung die Übergänge von
Low nach High, bezogen auf die Übergänge von High nach Low, ebenfalls um die
Zeitdauer Δt, so daß das korrigierte Ausgangssignal A wieder dem Originalsignal O
entspricht. Dies wird auf folgende Weise erreicht:The
Das vor dem Einsetzen der Regelung noch dem verfälschten Eingangssignal E entsprechende
Ausgangssignal A wird aus dem Signalzweig 3 abgezweigt und den beiden
Bitdauererfassungsschaltungen 6, 7 zugeführt. Während des High-Zustandes des Ausgangssignals
A ist der Schalter S1 geschlossen, der Kondensator C1 wird auf die
Spannung U geladen. Während des folgenden Low-Zustands entlädt sich C1 über R1.
Dessen Spannungswert wird über den Pufferverstärker P1 und den während dieses
Zeitraums geschlossenen Schalter S2 auf den Kondensator C2 übertragen.
Am Ende dieses Low-Zustandes mit Beginn des nächsten High-Zustands öffnet der
Schalter S2 und schließt der Schalter S1. Der Kondensator C1 nimmt jetzt wieder
seine Startspannung U an, auf dem Kondensator C2 bleibt die erreichte Entladespannung
des Kondensators C1 zwischengespeichert. Diese Spannung gelangt über den
nun geschlossenen Schalter S3 zum Pufferverstärker P2 und zum Komparator K.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sucht nun die Bitdauererfassungsschaltung den
kürzesten, das heißt 1 Bit langen Low-Zustand im Signal, welcher der höchsten am
Kondensator C2 auftretenden Spannung entspricht. Dazu vergleicht der Komparator
K die aktuell im Kondensator C2 gespeicherte Spannung mit der im Istwertspeicher 8
abgelegten Spannung.
Ist die aktuell erfaßte Spannung am Kondensator C2 höher als die im Istwertspeicher
abgelegte Spannung, dann bewirkt der Komparator K das Schließen des Schalters S4
und die am Kondensator C2 liegende Spannung wird auf den als Kondensator ausgebildeten
Istwertspeicher 8 übertragen. The output signal A which corresponds to the falsified input signal E before the onset of control is branched off from the
At the end of this low state at the beginning of the next high state, switch S2 opens and switch S1 closes. The capacitor C1 now resumes its starting voltage U, and the discharge voltage of the capacitor C1 which has been reached remains temporarily stored on the capacitor C2. This voltage reaches the buffer amplifier P2 and the comparator K via the now closed switch S3.
In the present exemplary embodiment, the bit duration detection circuit now looks for the shortest, that is to say 1-bit long, low state in the signal, which corresponds to the highest voltage occurring at capacitor C2. For this purpose, the comparator K compares the voltage currently stored in the capacitor C2 with the voltage stored in the
If the currently detected voltage on capacitor C2 is higher than the voltage stored in the actual value memory, then comparator K closes switch S4 and the voltage on capacitor C2 is transferred to
Ist die aktuell erfaßte Spannung am Kondensator C2 dagegen niedriger als die bereits
im Istwertspeicher 8 abgelegte, so bleibt der Schalter S4 geöffnet und die im Istwertspeicher
8 gespeicherte Spannung unverändert.On the other hand, the voltage currently detected at capacitor C2 is lower than that already
stored in the
Aus den an seinen Eingängen anliegenden Istwerten der als Spannungswerte zwischengespeicherten
High- und Low-Bitdauern erzeugt nun der Differenzverstärker 10
ein dem einen Eingang des Komparators 12 des Flankentrimmers 5 zugeführtes Regelsignal,
dessen Gleichspannungspegel als Entscheidungswert EW zusammen mit
dem Verlauf der Bitflanken die Startzeitpunkte für die Übergänge von Low nach High
und von High nach Low bestimmen, wie dies in den Figuren 2b und 2c gezeigt ist.From the actual values present at its inputs, those temporarily stored as voltage values
The
Die Anstiegs- und Abfallzeitdauern der Bitflanken des Eingangssignals E sind wesentlich
kürzer als die Bitdauer und damit zu kurz, um eine effektive und sichere Korrektur
der genannten Art, d. h. ausreichend große Änderungen der Zeitdauern zu ermöglichen.
Der Flankentrimmer 5 weist daher an seinem Eingang ein Verzögerungsglied
11 auf, welches diese Flanken entsprechend flacher macht. Das so veränderte, hier
vereinfacht trapezförmig dargestellte Eingangssignal ist mit V bezeichnet.The rise and fall times of the bit edges of the input signal E are essential
shorter than the bit duration and therefore too short for an effective and safe correction
of the type mentioned, d. H. enable sufficiently large changes in the time periods.
The
Der Komparator 12 des Flankentrimmers 5 gibt an seinem Ausgang im Durchlaufzeitpunkt
der ansteigenden bzw. abfallenden Flanke durch den Entscheidungswert EW ein
High bzw. Low ab, wodurch sich das Ausgangssignal A ergibt.
Im vorliegenden Beispiel sind die Flanken des Signals V fest und der Entscheidungswert
EW wird durch den Pegel des Regelsignals so eingestellt, daß die Zeitdauer der
einzelnen Bits gleich groß wird und damit das dem E/O-Wandler 4 zugeführte Ausgangssignal
A dem Originalsignal O entspricht.
Die genannte Regelung ist besonders wirksam, weil aufgrund der gegenläufigen Flankensteigungen
des Signals V bereits mit geringen Pegeländerungen große Veränderungen
der Zeitdauer der Bits erzielbar sind.The
In the present example, the edges of the signal V are fixed and the decision value EW is set by the level of the control signal so that the time duration of the individual bits becomes the same and thus the output signal A supplied to the E /
The regulation mentioned is particularly effective because, due to the opposite slope of the signal V, large changes in the duration of the bits can be achieved even with small changes in level.
Bei dem in Fig. 2b dargestellten Signal V sind die Bitflanken symmetrisch, d. h. der Betrag der Steigungen ist jeweils gleich groß. Bei dieser Ausführung bleiben die Flanken unverändert und der Entscheidungswert EW wird durch das Regelsignal soweit oberhalb des mittleren Bitpegels eingestellt, daß der zeitliche Flankenabstand bei diesem Pegel gerade der Soll-Bitdauer t1 entspricht (s. Anspruch 6).In the signal V shown in FIG. 2b, the bit edges are symmetrical, ie the amount of the slopes is the same in each case. In this embodiment, the edges remain unchanged and the decision value EW is set by the control signal above the average bit level to such an extent that the temporal edge spacing at this level corresponds exactly to the target bit duration t 1 (see claim 6).
Bei dem alternativen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2c ist dagegen der Entscheidungswert EW in Höhe des halben Bitpegels festgelegt und der gewünschte Flankenabstand bei diesem Entscheidungswert EW wird hier durch eine mittels des Regelsignals eingestellte Vergrößerung der Steilheit der abfallenden Bitflanke erzielt. Die beiden Bitflanken sind in diesem Fall also unsymmetrisch (s. Anspruch 7).In contrast, in the alternative embodiment according to FIG. 2c, the decision value is EW is set at half the bit level and the desired edge distance at this decision value EW is here by means of the control signal set increase in the slope of the falling bit edge achieved. The in this case, the two bit edges are therefore asymmetrical (see claim 7).
Claims (15)
- Method of eliminating durations of logic states of fibre-optically transmitted digital signals which deviate from the desired progression by means of at least one re-timer which is connected in the transmission path and comprises an opto-electrical and an electro-optical transducer and an intermediately connected actuator which is controlled by a control signal, characterised in that the duration of a respectively identical number of consecutive bits having the same polarity (bit sequence) of the two logic states High and Low of the digital signal which is branched from the signal branch connecting the two transducers is measured in a continuous manner, is buffered and compared each with the other and that the difference in these durations (time-offset) is used for generating the control signal which influences the input signal, which is provided by the opto-electrical transducer, by way of the actuator in such a manner that the time-offset is compensated by the temporal shift of at least one bit sequence edge and the High and Low bit sequences of the output signal supplied to the electro-optical transducer are the stame length.
- Method according to claim 1, characterised in that the method steps are performed in a time-continuous manner.
- Method according to claim 1, characterised in that the method steps are performed in a time-discrete manner.
- Method according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the starting times for the rise and fall of the bit sequences in the output signal are determined by the points in time, at which the edges of the bit sequences of the input signal are at a specific level (decision value).
- Method according to claim 4, characterised in that the rise and fall duration of the bit sequence edges of the input signal is increased prior to the edge shift.
- Method according to claim 4 or 5, characterised in that the steepness of the bit sequence edges is kept constant and the decision value is adjusted by the control signal.
- Method according to claim 4 or 5, characterised in that the decision value is kept constant and the steepness of at least one bit sequence edge is adjusted by the control signal.
- Method according to claim 4 or 5, characterised in that both the decision value and also the steepness of the bit sequence edges are adjusted by the control signal.
- Re-timer having an actuator, which is controlled by a control signal, for the purpose of implementing the method according to any one of claims 1 to 8 in fibreoptic signal transmission systems, characterised in that the actuator is an edge trimmer (5), whose input signal (E) or output signal (A) is supplied in each case to a bit duration detection circuit (6, 7) for the bit sequence of the two logic states, whose outputs are connected in each case to an actual value memory (8, 9) for the detected voltage, which is proportional to the duration of the bit sequence, and to an input of a control circuit (10), whose output-side control signal controls the edge trimmer (5) in such a manner that the duration of the compared bit sequences of the two logic states is the same length in the corrected output signal (A).
- Re-timer according to claim 9, characterised in that the edge trimmer (5) comprises a comparator (12), whose first input is connected via a delay element (11) to the output of the opto-electrical transducer (2) and whose second input is connected to the output of the control circuit (10).
- Re-timer according to claim 10, characterised in that the delay element is an RC-element (11).
- Re-timer according to claim 9, characterised in that the edge trimmer consists of digital delay elements.
- Re-timer according to any one of claims 10 to 12, characterised in that the time constant of the delay circuit (11) of the edge trimmer (5) and of an RC-element (R1, C1) can be adjusted at the input of the bit duration detection circuits (6, 7).
- Re-timer according to any one of claims 9 to 12, characterised in that the actual value memory is provided in each case in the form of a capacitor (8, 9) which is connected between the output of the bit duration circuits (6, 7) and earth.
- Re-timer according to any one of claims 9 to 13, characterised in that the control circuit consists of a difference amplifier (10).
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